Cell Research | 上海交大吳皓團隊繪制耳蝸核單細胞圖譜，發現聽覺關鍵基因Spp1

聽覺系統如何將外界聲音轉化為大腦可理解的神經信號？耳蝸核作為聽覺通路中第一個“中繼站”，負責接收來自內耳的聽覺信息，并對其進行初步加工和分流。然而，耳蝸核內部復雜的細胞組成、空間排布以及聽覺活動如何調控這些細胞的基因表達，長期以來缺乏系統性的分子圖譜。深入理解這一過程，對于揭示聽覺發育機制以及感音神經性耳聾的病理基礎具有重要意義。

2026年4月6日，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院吳皓教授團隊在國際學術期刊 Cell Research上發表了題為《小鼠耳蝸核空間轉錄組圖譜揭示Spp1為聽覺處理中的活動依賴性基因》的研究論文。該研究綜合利用單細胞核RNA測序和空間轉錄組學技術，繪制了小鼠耳蝸核的高分辨率細胞圖譜，首次系統定義了13個分子亞區，鑒定出20種主要細胞類型，并發現SPP1陽性叢狀細胞是聽覺輸入最敏感的一類神經元，其標志基因Spp1的表達水平直接受聽覺活動調控，對維持正常聽覺處理功能不可或缺。

研究團隊首先利用Stereo-seq空間轉錄組技術對小鼠耳蝸核進行了高精度解析。通過分析連續矢狀面和冠狀面切片，他們根據基因表達特征將耳蝸核劃分為13個分子亞區，包括經典的顆粒細胞層、背側耳蝸核的分子層、梭形細胞層等。其中，梭形細胞層可進一步分為淺層和深層，前者富含Cartwheel細胞，后者則富集梭形細胞。在前腹側耳蝸核中，Sst和Spp1分別標記了前部和后部區域；后腹側耳蝸核中，Cabp7和Calb2分別對應多極細胞區和章魚細胞區。這些分子標記物為耳蝸核亞區的功能研究提供了重要工具。

在單細胞分辨率層面，研究者通過細胞分割算法從空間轉錄組數據中提取了超過21萬個單細胞，聚類出20種主要細胞類型。其中，叢狀細胞可明確分為Spp1陽性和Sst陽性兩個亞型，兩者在空間分布和電生理特性上均存在差異。免疫染色和電生理記錄證實，Spp1陽性細胞對應球狀叢狀細胞，Sst陽性細胞對應球狀叢狀細胞。此外，研究還鑒定出T-星形細胞和梭形細胞的特異性標記基因C1ql1和Fam19a1。這些細胞類型在耳蝸核各亞區中呈現高度異質性的分布模式，例如淺層梭形細胞層以Cartwheel細胞為主，而聽覺神經根區域則富集Spp1陽性叢狀細胞和小膠質細胞。

為了探究聽覺活動對耳蝸核細胞的影響，研究者分析了不同發育階段（P1、P7、P14、P45）以及多種先天性耳聾小鼠模型（Vglut3敲除、Otof敲除、Ush1c敲除）的單細胞核轉錄組數據。結果發現，盡管細胞類型組成在耳聾小鼠中并未發生明顯改變，但大量基因的表達水平隨聽覺輸入狀態而變化。特別是叢狀細胞中的Spp1陽性亞型，其差異表達基因數量最多，且一個非細胞身份相關的基因表達程序（GEP-1）在正常聽力小鼠中顯著富集，而在三種耳聾小鼠中均大幅下調，經基因治療恢復聽力后該程序又可部分回升。這表明GEP-1是一個聽覺活動依賴性程序，而Spp1正是該程序的核心基因。Cell Research

空間轉錄組分析進一步揭示了聽覺活動對細胞空間組織的影響。在Vglut3敲除小鼠中，Spp1陽性叢狀細胞與小膠質細胞之間的平均距離顯著縮短，這種改變在基因治療恢復聽力后得以部分逆轉。同時，細胞間通訊分析顯示，叢狀細胞與小膠質細胞之間的“通訊強度”在耳聾小鼠中降低，提示聽覺輸入可能通過調控非神經元細胞的空間位置來影響神經元功能。值得注意的是，Spp1陽性叢狀細胞還表現出對Ia型內球突觸的偏好性，而聽力損失會導致這類突觸比例下降，基因治療可使其恢復。

為了驗證Spp1的功能必要性，研究者構建了Spp1全身敲除小鼠。盡管敲除小鼠的聽閾未發生改變，但其聽性腦干反應中II、III、IV波的潛伏期顯著延長，表明耳蝸核及上游聽覺通路的信息處理速度減慢。電生理記錄顯示，Spp1敲除小鼠的叢狀細胞自發性興奮性突觸后電流幅度降低、上升和衰減時間延長，提示突觸傳遞效率受損。此外，與神經元發育和突觸組織相關的多個基因（如Nefh、Gria2、Sparcl1）表達下調，神經元胞體面積也減小。這些結果共同證實Spp1是維持耳蝸核正常聽覺處理功能的關鍵分子。

最后，研究者分析了耳蝸核發育過程中細胞空間關系的變化。從出生后到聽覺成熟，Spp1陽性叢狀細胞的數量逐漸增加，尤其是在聽覺 onset（P14）前后增幅顯著。與此同時，叢狀細胞與小膠質細胞的空間鄰近性也隨發育逐漸增強，小膠質細胞的數量在叢狀細胞周邊明顯增多。發育軌跡分析表明，Spp1是球狀叢狀細胞在偽時間軸上的標志基因，其表達上調與聽覺輸入的出現緊密同步。這一動態變化進一步支持聽覺活動驅動Spp1表達并重塑細胞微環境的觀點。

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